DE1162475B

DE1162475B - Active power measuring device

Info

Publication number: DE1162475B
Application number: DEC18957A
Authority: DE
Inventors: Jacques Oswald
Original assignee: Compagnie Industrielle des Telephones SA
Current assignee: Compagnie Industrielle des Telephones SA
Priority date: 1958-08-01
Filing date: 1959-05-08
Publication date: 1964-02-06
Also published as: CH365797A; GB890848A; BE581255A

Description

Wirkleistungsmeßeirrrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung V#I zum Messen der Wirkleistung W = # cos # mit 2 einem Kreis, der von einem Strom mit dem Momentanwert I cos cos t - (p) durchflossen wird und an dem eine Spannung mit dem Momentanwert v = V cos w t liegt, wobei V höchstens in der Größenordnung von 1 20 01o um einen Mittelwert schwankt.Active power measuring device The invention relates to a device V # I for measuring the active power W = # cos # with 2 a circle, which is from a current with the instantaneous value I cos cos t - (p) is flowing through and at which a voltage with the instantaneous value v = V cos w t, where V is at most in the order of magnitude of 1 20 01o fluctuates around an average value.

Es ist bekannt, daß die Wirkleistungsaufnahme in einem Element eines Stromkreises, in dem ein Strom von der Stärke i bei einer Momentanspannung v fließt, der Mittelwert des Produktes (i v) ist. It is known that the active power consumption in an element of a Circuit in which a current of magnitude i flows at an instantaneous voltage v, is the mean of the product (i v).

Setzt man: v = V # cos # t, i = I # cos (# t - #), worin V bzw. I die amplituden von v bzw. i, w die Kreisfrequenz und # die Phasenverschiebung vn i gegenüber v bezeichnen, dann ist die mittlere Leistungs-V#I aufnahme des Kreises W = cos #. If one sets: v = V # cos # t, i = I # cos (# t - #), where V or I. the amplitudes of v and i, w the angular frequency and # the phase shift vn i versus v, then the mean power V # I is the circle's consumption W = cos #.

2 Um dieses Produkt zu erreichen, könnte man einen gewöhnlichen linearen passiven Gegentaktmodulator, z. B. einen Ringmodulator benutzen, an dessen Eingangskreis der Strom i oder ein dem Strom i proportionaler Strom gelegt würde, und dessen Steuerkreis die Spannung v erhielte. Der sich im Ausgangskreis einstellende Strom würde dann den Wert annehmen: und die Gleichstromkomponente des Stromes würde proportional f(V) I cos g sein.2 To achieve this product one could use an ordinary linear passive push-pull modulator, e.g. B. use a ring modulator, to whose input circuit the current i or a current proportional to the current i would be applied, and whose control circuit would receive the voltage v. The current in the output circuit would then take on the value: and the DC component of the current would be proportional to f (V) I cos g.

Aber f(V) ist nur bei sehr kleinen Werten dieser Spannung proportional V und versucht andererseits, wenn v gegenüber I groß genug wird, konstant zu werden. Mit einer Einrichtung, die nur einen Gegentaktmodulator besitzt, ist also nur bei sehr niedrigen Spannungswerten ein Strom zu erhalten, dessen mittlereer Wert eine von der Streuung der Kennlinien der nichtlinearen Elemente dieses Modulators unabhängige Messung des Produktes V I cos f ergibt und daher den Bedürfnissen der Praxis nicht genügt. But f (V) is proportional only for very small values of this voltage V and, on the other hand, tries to become constant when v becomes large enough with respect to I. With a device that only has a push-pull modulator, is therefore only at very low voltage values to obtain a current, the mean value of which is a independent of the spread of the characteristics of the non-linear elements of this modulator Measurement of the product V I cos f results and therefore does not meet the needs of practice enough.

Die Einrichtung gemäß der Erfindung vermeidet diesen Nachteil. Sie zeichnet sich aus durch einen eingangsseitig an die Spannung v zu legenden Differentialübertrager, dessen eine Ausgangsspannung, über eine begrenzerschaltung und ein Filter zugeleitet, das eine Phasenverschiebung von 90° bewirkt, die eine Eingangsspannung eines weiteren Differentialübertragers darstellt und dessen andere Ausgangsspannung, über ein Dämpfungsglied zugeleitet, die andere Eingangsspannung des Differentialübertragers bildet, sowie durch zwei Gegentaktmodulatoren, deren eine Steuerspannung v1 = H # sin (# t - α) von der Sekundärwicklung des Differentialübertragers und deren zweite Steuerspannung v2 = H # sin (# t + α) zwischen der Mittelanzapfung der Primärwicklung des Differentialübertragers und dem gemeinsamen Verbindungspunkt von Begrenzerschaltung, Filter und Dämpfungsglied abgenommen wird, wobei diese beiden Steuerspannungen v1 und v2 im wesentlichen gleiche Amplitude haben, und der Winkel α kleiner als 10°, so daß kV tg α = ist, worin k eine Konstante und V0 eine V0 durch die Begrenzerschaltung definierte Bezugsspanung ist, deren Eingangskreise von einem Strom i = Icos (wt-#) gespeist werden und deren Ausgangskreise über Tiefpaßfilter, die nur deren Gleichstromkomponenten durchlassen, deren Differenz proportional I # cos # # sin α ist, worin sin α annähernd proportional V ist, wodurch diese Differenz annähernd proportional V 1 cos ? ist, an die erste bzw. zweite Diagonale einer Ohmschen Widerstandsbrücke angeschlossen sind, in deren einem Zweig ein die Wirkleistung anzeigendes Gleichstrommeßgerät liegt. The device according to the invention avoids this disadvantage. she is characterized by a differential transformer to be applied to the voltage v on the input side, one output voltage of which is fed through a limiter circuit and a filter, which causes a phase shift of 90 °, which causes an input voltage of another Differential transformer represents and its other output voltage, via an attenuator fed, which forms the other input voltage of the differential transformer, as well by two push-pull modulators, one of which Control voltage v1 = H # sin (# t - α) from the secondary winding of the differential transformer and its second control voltage v2 = H # sin (# t + α) between the center tap of the primary winding of the Differential transformer and the common connection point of limiter circuit, Filter and attenuator is removed, these two control voltages v1 and v2 have substantially the same amplitude, and the angle α is less than 10 °, so that kV tg α =, where k is a constant and V0 is a V0 through the Limiter circuit is a defined reference voltage whose input circuits are controlled by a Current i = Icos (wt- #) are fed and their output circuits via low-pass filter, which only let through their direct current components, the difference of which is proportional to I. # cos # # sin α, where sin α is approximately proportional to V, whereby this difference approximately proportional to V 1 cos? is on the first or second diagonal an ohmic resistance bridge are connected, in one branch of which the DC current meter showing real power is located.

Nachstehend wird die Arbeitsweise einer solchen Einrichtung mit Bezug auf die F i g. 1 und 2 erläutert, die eine Grundschaltung und eine Ausführungsform darstellen. The operation of such a device is referred to below on the F i g. 1 and 2 explain a basic circuit and an embodiment represent.

Die Einrichtung besitzt Mittel, um Hilfsspannungen v1 und v2 zu erzeugen, und zwar v1 = H sin (w t-V2 = H sin (co t + as). The device has means to generate auxiliary voltages v1 and v2, v1 = H sin (w t-V2 = H sin (co t + as).

Diese Spannungen werden an die Steuerklemmen zweier Ringmodulatoren M1 und M2 gelegt, deren Eingangskreise von einem Strom proportional i gespeist werden. These voltages are applied to the control terminals of two ring modulators M1 and M2, whose input circuits are fed by a current proportional to i.

In dem Ausdruck v1 und v2 ist α durch tgα = k V/V0 definiert, worin k eine Konstante und V0 eine Bezugsspannung bedeuten. Diese beiden sind so gewählt, daß α ziemlich klein bleibt. In the expression v1 and v2, α is defined by tgα = k V / V0, where k is a constant and V0 is a reference voltage. These two are like that chosen that α remains fairly small.

Die Amplituden von v1 und v2 können in einem bestimmten Maße von dem Winkel x und auch von dem Wert V abhängen, aber die Tatsache, daß diese Amplituden sich ändern können, hat keine praktische Bedeutung, denn da sie einen ausreichend hohen Wert überschreiten, wirken die Modulatoren M1 und M2 wie Stromwender, und ihre Betriebsweise hängt nur noch in sehr zweitrangiger Weise von diesen Amplituden ab. The amplitudes of v1 and v2 can to a certain extent of the angle x and also from depend on the value V, but the fact that these amplitudes Being able to change has no practical meaning because it is sufficient for one exceed a high value, the modulators M1 and M2 act like commutators, and their mode of operation only depends on these amplitudes in a very secondary way away.

Infolgedessen sind die Stromstärken i' und i" der gleichgerichteten Gleichströme an den entsprechenden Ausgängen der Demodulatoren nicht mehr von diesen Amplituden, sondern einerseits nur noch von der Amplitude I abhängig, die beide Eingangsströme der Modulatoren gemeinsam haben, und andererseits von den Phasenwinkeln zwischen I und v2. Gerade durch den Betrag des Winkels, der durch die obigen Formeln definiert ist, wird die Größe der Spannung V bestimmt, denn der Sinus dieses Winkels ist praktisch proportional V, wie im folgenden aus der Berechnung der Werte für die Stomstärken von i' und i" hervorgehen wird. As a result, the currents i 'and i "are the rectified ones Direct currents at the corresponding outputs of the demodulators no longer come from them Amplitudes, but on the one hand only dependent on the amplitude I, both of which Input currents of the modulators have in common, and on the other hand of the phase angles between I and v2. Just by the amount of the angle given by the above formulas is defined, the size of the voltage V is determined because the sine of this angle is practically proportional to V, as follows from the calculation of the values for the currents of i 'and i "will emerge.

Diese Ströme sind: und ihre Gleichstromkomponenten ic und i"c sind KI si 2 KI i"c = sin (# + α).These currents are: and their DC components ic and i "c are KI si 2 KI i" c = sin (# + α).

2 Die Differenz (1" - 1') ist gleich KI cos #. sin a. 2 The difference (1 "- 1 ') is equal to KI cos #. Sin a.

Da nun für kleine Werte von α sin α und tg α annähernd proportional V sind, ist diese Differenz annähernd proportional V 1 # cos #.Since now for small values of α sin α and tg α approximately are proportional to V, this difference is approximately proportional to V 1 # cos #.

Werden diese Ströme in einer abgeglichenen Brükkenschaltung kombiniert, so erhält man in zwei ihrer gegenüberliegenden Zweige einen Strom i"c-i'c KI KI kV kK j = = cos # sin α = cos # cos α # W, 2 2 2 V0 V0 dessen Stärke proportional der zu messenden Leistung W ist, wobei angenommen wird, daß x klein ist. If these currents are combined in a balanced bridge circuit, a current i "c-i'c KI KI is thus obtained in two of their opposite branches kV kK j = = cos # sin α = cos # cos α # W, 2 2 2 V0 V0 its strength is proportional to the power W to be measured, assuming that x is small is.

Die Einrichtung, mit der die Spannungen v1 und v2 erzeugt werden können, besteht aus zwei Kreisen, die an ihren Eingangsklemmen von der Spannung v = V cos w t gespeist werden. Der erste Kreis besitzt eine passive Begrenzerschaltung 1 und ein Phasenverschiebungsfilter 2, das eine Phasenverschiebung von 90° bewirkt; an ihrem Ausgang erhält man eine konstante Spannungsamplitude V0 sin w t. Der zweite Kreis besitzt eine Dämpfungsschaltung 3: An deren Ausgang entsteht eine Spannung k # V cos w t, in der k V wesentlich unterhalb von V0 (z. B. unterhalb Vo von 5 liegt. An ihren Ausgangen sind diese beiden Kreise an zwei einander gegenüberliegenden Klemmenpaaren eines Differentialübertragers 4 geschaltet. The device by which the voltages v1 and v2 are generated can consists of two circuits connected to their input terminals by the voltage v = V cos w t are fed. The first circuit has a passive limiter circuit 1 and a phase shift filter 2 which effects a phase shift of 90 °; A constant voltage amplitude V0 sin w t is obtained at its output. The second The circuit has a damping circuit 3: a voltage is generated at its output k # V cos w t, in which k V is significantly below V0 (e.g. below Vo of 5 lies. At their exits, these two circles are on two opposite one another Terminal pairs of a differential transformer 4 switched.

An den zwei anderen einander gegenüberliegenden Klemmenpaaren dieses Übertragers werden also folgende Spannungen abgenommen: V0 v1 = V0 sin w t - kV cos w t = sin (w t - α), cost α v2 = V0 sin # t + k V cos w t = V0 sin((nt+ α). cos α Diese Spannungen v1 und v2 werden, wie bereits erwähnt, an die Steuerklemmen zweier Ringmodu- latoren M1 und M2 gelegt, deren Eingangskreise von einem Strom gespeist werden, der proportional i = I cos (w t -#) ist.On the other two opposite pairs of clamps this The following voltages are taken from the transformer: V0 v1 = V0 sin w t - kV cos w t = sin (w t - α), cost α v2 = V0 sin # t + k V cos w t = V0 sin ((nt + α). cos α These voltages v1 and v2 are, as already mentioned, on the control terminals of two ring modules lators M1 and M2 placed, their input circuits be fed by a current that is proportional to i = I cos (w t - #).

Die Ausgangskreise M1 und M2 sind mit Tiefpaßfiltern 5 und 6 verbunden, an deren Ausgang nur die Gleichstromkomponenten der Modulationsprodukte liegen. Diese Gleichstromkomponenten liegen an den Eingangsklemmen einer Mischeinrichtung 7, an deren Ausgang ein Gleichstrom abgenommen wird, der proportional ihrer Differenz, die, wie bereits erwähnt, proportional I # cos # sin α ist, und folglich genau der Leistung W = t2 1 cos g proportional ist, weil sin α 2 und tg α annähernd proportional sind. Dieser Strom wird an ein Meßinstrument 8 bekannter Art gelegt. The output circuits M1 and M2 are connected to low-pass filters 5 and 6, at the output of which only the direct current components of the modulation products are present. These DC components are applied to the input terminals of a mixer 7, at the output of which a direct current is drawn that is proportional to its difference, which, as already mentioned, is proportional to I # cos # sin α, and consequently accurate the power W = t2 1 cos g is proportional, because sin α 2 and tg α are approximately proportional. This current is known to a measuring instrument 8 Kind of laid.

Als Beispiel mag angenommen werden, daß für den Normalwert der spannung V α gleich 10° sei. As an example it may be assumed that for the normal value of the voltage Let V α be equal to 10 °.

Wenn dann V um # 20% schwankt, ändert sich a von 8,2" nach 11,57" und cos α von 0,978 nach 0,990, so daß er einen Wert von 0,985 für die Normalspannung der Schaltungsordnung besitzt. Die Ampliv0 tude von der Hilfsspannungen v1 und v2 bleibt cos α also völlig konstant, und der cos α proportionale Strom ändert sich nur um l,20lo. Es wird also eine befriedigende Genauigkeit erzielt, die noch vergrößert werden könnte, wenn der Wert für die Normalspannung verringert würde.Then if V fluctuates by # 20%, a changes from 8.2 "to 11.57" and cos α from 0.978 to 0.990, so that it has a value of 0.985 for the normal stress the circuit arrangement owns. The amplitude of the auxiliary voltages v1 and v2 cos α remains completely constant, and the current proportional to cos α changes only by 1.20lo. Satisfactory accuracy is thus achieved, which could be increased if the value for the normal stress decreased would.

F i g. 2 stellt eine Ausführungsform der Meßeinrichtung gemäß der Erfindung dar. F i g. FIG. 2 shows an embodiment of the measuring device according to FIG Invention.

Der Strom Ki = K 1 cos ((ot -Q) wird an die Klemmen aa' der Primärwicklung des Eingangstransformators T1 eines ersten abgeglichenen Differentialnetzwerks D1 und die Spannung V # cos w t an die Klemmen bb' der Primärwicklung des Eingangstransformators T2 eines zweiten Differentialnetzwerks D2 gelegt. The current Ki = K 1 cos ((ot -Q) is applied to the terminals aa 'of the primary winding of the input transformer T1 of a first balanced differential network D1 and the voltage V # cos w t across terminals bb 'of the primary winding of the input transformer T2 of a second differential network D2 placed.

Die Begrenzerschaltung 1 wird von zwei antiparallel geschalteten Zenerdioden gebildet. Das Phasenverschiebungsfilter 2 besteht aus einer z-Tiefpaßschaltung. The limiter circuit 1 is connected by two anti-parallel Zener diodes formed. The phase shift filter 2 consists of a z low-pass circuit.

Die Modulatoren M1 und M2 sind Ringmodulatoren.The modulators M1 and M2 are ring modulators.

Die Mischeinrichtung 7 ist eine Brücke mit gleichen Zweigen. In einem dieser Zweige liegt ein Meßgerät 8, auf dessen Skala die Wirkleistung W = V # I/2 cos # abzulesen ist. The mixing device 7 is a bridge with the same branches. In one These branches have a measuring device 8, on the scale of which the effective power W = V # I / 2 cos # can be read.

Selbstverständlich würde man, wenn man das 90° verschiebende Phasenverschiebungsfilter statt an den Ausgang der Begrenzerschaltung an den Ausgang der Dämpfungsschaltung legen würde, die Blindleistung W'= U # I/2 sin # statt der Wirkleistung W = U # I/2 cos # messen. Of course, if you were to use the 90 ° shifting phase shift filter instead of to the output of the limiter circuit to the output of the damping circuit the reactive power W '= U # I / 2 sin # instead of the real power W = U # Measure I / 2 cos #.

Claims

Claim: Device for measuring the active power V # I W = # cos #, with a circuit that is generated by a 2 current with the instantaneous value I # cos (wt- #) is flowed through and at which a voltage with the instantaneous value v = V # cos w t where V fluctuates at most in the order of # 20% around a mean value, marked n e t by a differential transformer to be applied to the voltage v on the input side (T2), its one output voltage, via a limiter circuit (1) and a filter (2), which causes a phase shift of 90 °, which is an input voltage of another differential transformer (4) and its other output voltage, The other input voltage of the differential transformer is fed via an attenuator (3) (4) and two push-pull modulators (M1 and M2), one of which is a control voltage v1 = H # sin (wt - α) from the secondary winding of the differential transformer (4) and its second control voltage v2 = H # sin (# t + α) between the center tap the primary winding of the differential transformer (4) and the common connection point of limiter circuit (1), filter (2) and attenuator (3) is removed, wherein these two control voltages y, and v2 have essentially the same amplitude, and the angle α is less than 10 °, so that tg a = kV, where no constant vo and V0 is a reference voltage defined by the limiter circuit (1), and whose input circuits are fed by a current i = Icos (w t- #) and whose Output circuits via low-pass filters (5 and 6), which only have their direct current components let through, the difference of which is proportional to I #cos # # sin α, where sin a is approximately proportional to V, whereby this difference is approximately proportional to V # I # cos # is connected to the first or second diagonal of an ohmic resistance bridge (7) are, in one branch of which there is a direct current meter indicating the real power (8) lies.